文档介绍：建筑与测绘工程学院
《水处理实验设计与技术》
实验报告
实验1 颗粒自由沉淀实验
颗粒自由沉淀实验是研究浓度较低时的单颗粒的沉淀规律。一般是通过沉淀柱静沉实验,获取颗粒沉淀曲线。它不仅具有理论指导意义,而且也是给水排水处理工程中沉砂池设计的重要依据。
一、实验目的
加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解。
掌握颗粒自由沉淀实验的方法,并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。
二、实验原理
浓度较低的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀,其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉,其沉速在层流区符合Stokes(斯托克斯)公式。
但是由于水中颗粒的复杂性,颗粒粒径、颗粒相对密度很难或无法准确地测定,因而沉淀效果、特性无法通过公式求得而是通过静沉实验确定。
由于自由沉淀时颗粒是等速下沉,下沉速度与沉淀高度无关,因而自由沉淀可在一般沉淀柱内进行,但其直径应足够大,一般应使内径D≥100mm以免颗粒沉淀受柱壁干扰。
具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率η与截留沉速u0剩余颗粒重量百分率P的关系如下:
( 1 )
此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算法。
设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验,如图1所示。实验开始,沉淀时间为0,此时沉淀柱内悬浮物分布是均匀的,即每个断面上颗粒的数量与粒径组成相同,悬浮物浓度为C0(mg/L),此时去除率η=0。
实验开始后,不同沉淀时间ti,颗粒最小沉淀速度ui相应为:
( 2 )
此即为ti时间内从水面下沉到池底(此处为取样点)的最小颗粒di所具有的沉速。此时取样点处水样悬浮物浓度为Ci,而:
( 3 )
此时去除率η0,表示u≥ui(d≥di)的颗粒除去率,而:
( 4 )
则反映了ti时,未被除去之颗粒即d<di的颗粒所占百分比。
图1 颗粒自由沉淀示意
实际上沉淀时间ti内,由水中沉至柱底的颗粒是由两部分颗粒组成,即沉速us≥ui的那一部分颗粒能全部沉至柱底。除此之外,颗粒沉速us<ui的那一部分颗粒,也有一部分能沉至柱底。这是因为,这部分颗粒虽然粒径很小,沉速us>ui,但是这部分颗粒并不都在水面,而是均匀地分布在整个沉柱的高度内,因此,只要在水面以下,它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速ui的颗粒由水面降至池底所用的时间ti,那么这部分颗粒也能从水中被除去。
沉速us<ui的那部分颗粒虽然有一部分能从水中去除,但其中也是粒径大的沉到柱底的多,粒径小的沉到柱底的少,各种粒径颗粒去除率并不相同。因此若能分别求出各种粒径的颗粒占全部颗粒的百分比,并求出该粒径在时间ti内能沉
至柱底的颗粒占本粒径颗粒的百分比,则二者乘积即为此种粒径颗粒在全部颗粒
中的去除率。如此分别求出us<ui的那些颗粒的去除率,并相加后,即可得这部分颗粒的去除率。
为了推导出其计算式,我们首先绘制P与u关系曲线,其横坐标为颗粒沉速u,纵坐标为未被去除颗粒的百分比P,如图2所示。由图中可见:
( 5 )
故ΔP是当选择的颗粒沉速u1降至u2时,整个水中所能多去除的那部分颗粒的去除率,也就是所选择的要去除的颗粒粒径由的d1减到d2时,此时水中所能多去除的,即粒径在d1~d2间的那部分颗粒所占的百分比。因此当ΔP间隔无限小时,则dP代表了小于d1的某一粒径d占全部